權(quán)利要求

1.鈷/碳納米管/釕電催化劑的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： (1)將鈷鹽水溶液加入溶菌酶水溶液中，混合均勻，之后將二甲基咪唑水溶液加入混合溶液中，攪拌均勻后靜置并分離干燥，得到二甲基咪唑鈷鹽/溶菌酶； (2)將得到的二甲基咪唑鈷鹽/溶菌酶在惰性氣體中加熱保溫，得到鈷/碳納米管； (3)將得到的鈷/碳納米管分散于分散劑中密封，加熱攪拌后，加入釕鹽，攪拌過夜后分離干燥，再在惰性氣體中加熱保溫，得到鈷/碳納米管/釕電催化劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷/碳納米管/釕電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的鈷鹽水溶液中的鈷鹽為氯化鈷、六水合氯化鈷、硝酸鈷或六水合硝酸鈷，所述的鈷鹽、溶菌酶、二甲基咪唑的用量比為(1～3mmol):(100～300mg):(0.07～0.2mol)。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷/碳納米管/釕電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的鈷鹽水溶液的濃度為0.05～0.2mol/L，所述的溶菌酶水溶液的濃度為1～2g/L，所述的二甲基咪唑水溶液的濃度為1～3mol/L，靜置溫度為室溫，靜置時(shí)間為20～30h。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷/碳納米管/釕電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述的惰性氣體為氮?dú)?，所述的加熱保溫分為兩段過程，第一段加熱溫度為500～600℃，保溫時(shí)間為2～4h，第二段加熱溫度為850～950℃，保溫時(shí)間為2～4h。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷/碳納米管/釕電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述的分散劑為無水乙醇，所述的釕鹽為三水合氯化釕，所述的鈷/碳納米管、分散劑、釕鹽的用量比為(30～100mg):(20～60mL):(3～10mg)，加熱攪拌過程中，加熱溫度為50～70℃，攪拌轉(zhuǎn)速為300～400rpm，攪拌時(shí)間為20～40min。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷/碳納米管/釕電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述的惰性氣體為氮?dú)?，加熱保溫過程中，加熱溫度為650～750℃，保溫時(shí)間為2～4h。 7.鈷/碳納米管/釕電催化劑，其特征在于，該電催化劑采用如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的方法制備而成。 8.如權(quán)利要求7所述的鈷/碳納米管/釕電催化劑的應(yīng)用，其特征在于，所述的電催化劑應(yīng)用在電解液中催化析氫反應(yīng)。 9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鈷/碳納米管/釕電催化劑的應(yīng)用，其特征在于，應(yīng)用過程具體為：將所述的電催化劑分散在分散劑中，然后負(fù)載到基底電極上作為工作電極，插入?yún)⒈入姌O和對(duì)電極，施加電壓，在惰性氣體飽和的堿性溶液、酸性溶液或中性溶液中催化析氫。 10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鈷/碳納米管/釕電催化劑的應(yīng)用，其特征在于，所述的分散劑為含有全氟磺酸基聚合物的乙醇溶液，所述的基底電極為玻碳電極，所述的參比電極為甘汞電極，所述的對(duì)電極為碳棒，所述的惰性氣體為氬氣，所述的堿性溶液為氫氧化鉀溶液，所述的堿性溶液的濃度為0.4～2.0mol/L，所述的酸性溶液為硫酸溶液，所述的酸性溶液的濃度為0.2～1.0mol/L，所述的中性溶液為磷酸緩沖鹽溶液，所述的中性溶液的濃度為0.4～2.0mol/L。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及鈷/碳納米管/釕電催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻和能源緊缺問題的加劇，可再生能源的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化技術(shù)成為了近年來的研究重點(diǎn)。氫能憑借高的能量密度，清潔環(huán)保以及儲(chǔ)存形式多樣化等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是理想的能量載體。在已有的制氫方法中，電解水產(chǎn)氫表現(xiàn)出了極大的潛能，尤其是結(jié)合太陽能、風(fēng)能等新能源作為中間過渡能源轉(zhuǎn)化電能供給于電解水裝置，然而，水電解過程中在陰極上發(fā)生的析氫反應(yīng)反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)較慢，導(dǎo)致在電解水析氫反應(yīng)(HER)的過程中需要較高的過電勢(shì)。因此，需要開發(fā)具有高催化活性和穩(wěn)定性以及成本低廉的電催化劑來提高電解水效率，為未來發(fā)展可持續(xù)清潔氫能提供研究基礎(chǔ)。目前金屬鉑是析氫反應(yīng)電催化劑中最有效的一種，但是由于鉑在自然界的儲(chǔ)備有限，成本較高嚴(yán)重阻礙了它們的廣泛應(yīng)用。

因此，為了尋找替代鉑的析氫反應(yīng)電催化劑，研究者們也進(jìn)行了大量的研究。其中過渡金屬-碳體系因其成本較低，電子結(jié)構(gòu)可調(diào)而受到廣泛的關(guān)注。不過目前現(xiàn)有的過渡金屬-碳體系的析氫反應(yīng)活性仍然較低，特別是在酸性、堿性和中性的全pH電解液中，過渡金屬-碳體系的析氫反應(yīng)催化活性遠(yuǎn)不如貴金屬鉑碳催化劑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鈷/碳納米管/釕電催化劑及其制備方法和應(yīng)用，以克服低效、pH適用范圍窄、催化活性低、穩(wěn)定性差、高成本、難于工業(yè)化生產(chǎn)的問題。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種鈷/碳納米管/釕電催化劑的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)將鈷鹽水溶液加入溶菌酶水溶液中，混合均勻，之后將二甲基咪唑水溶液加入混合溶液中，攪拌均勻后靜置并分離干燥，得到二甲基咪唑鈷鹽/溶菌酶；

(2)將得到的二甲基咪唑鈷鹽/溶菌酶在惰性氣體中加熱保溫，得到鈷/碳納米管；

(3)將得到的鈷/碳納米管分散于分散劑中密封，加熱攪拌后，加入釕鹽，攪拌過夜后分離干燥，再在惰性氣體中加熱保溫，得到鈷/碳納米管/釕電催化劑。

進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述的鈷鹽水溶液中的鈷鹽為氯化鈷、六水合氯化鈷、硝酸鈷或六水合硝酸鈷，所述的鈷鹽、溶菌酶、二甲基咪唑的用量比為(1～3mmol):(100～300mg):(0.07～0.2mol)。

進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述的鈷鹽水溶液的濃度為0.05～0.2mol/L，所述的溶菌酶水溶液的濃度為1～2g/L，所述的二甲基咪唑水溶液的濃度為1～3mol/L，靜置溫度為室溫，靜置時(shí)間為20～30h。

進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述的惰性氣體為氮?dú)猓龅募訜岜胤譃閮啥芜^程，第一段加熱溫度為500～600℃，保溫時(shí)間為2～4h，第二段加熱溫度為850～950℃，保溫時(shí)間為2～4h。

進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述的分散劑為無水乙醇，所述的釕鹽為三水合氯化釕，所述的鈷/碳納米管、分散劑、釕鹽的用量比為(30～100mg):(20～60mL):(3～10mg)，加熱攪拌過程中，加熱溫度為50～70℃，攪拌轉(zhuǎn)速為300～400rpm，攪拌時(shí)間為20～40min。

進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述的惰性氣體為氮?dú)?，加熱保溫過程中，加熱溫度為650～750℃，保溫時(shí)間為2～4h。

一種鈷/碳納米管/釕電催化劑，該電催化劑采用所述的方法制備而成。

一種鈷/碳納米管/釕電催化劑的應(yīng)用，所述的電催化劑應(yīng)用在電解液中催化析氫反應(yīng)。

進(jìn)一步地，應(yīng)用過程具體為：將所述的電催化劑分散在分散劑中，然后負(fù)載到基底電極上作為工作電極，插入?yún)⒈入姌O和對(duì)電極，施加電壓，在惰性氣體飽和的堿性溶液、酸性溶液或中性溶液中催化析氫。

進(jìn)一步地，所述的分散劑為含有全氟磺酸基聚合物的乙醇溶液，所述的基底電極為玻碳電極，所述的參比電極為甘汞電極，所述的對(duì)電極為碳棒，所述的惰性氣體為氬氣，所述的堿性溶液為氫氧化鉀溶液，所述的堿性溶液的濃度為0.4～2.0mol/L，所述的酸性溶液為硫酸溶液，所述的酸性溶液的濃度為0.2～1.0mol/L，所述的中性溶液為磷酸緩沖鹽溶液，所述的中性溶液的濃度為0.4～2.0mol/L。

本發(fā)明利用溶菌酶輔助鈷基沸石咪唑酯骨架前驅(qū)體裂解得到包裹Co納米粒子的竹節(jié)狀碳納米管，進(jìn)一步將Ru納米團(tuán)簇均勻錨定到竹節(jié)狀碳納米管(CNT)表面，得到具有三相異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鈷/碳納米管/釕復(fù)合材料。該復(fù)合材料由于其獨(dú)特的碳管內(nèi)外表面分別負(fù)載鈷和釕異質(zhì)結(jié)構(gòu)以及各組分的協(xié)同效應(yīng)，有助于暴露更多的活性位點(diǎn)、提升荷/質(zhì)傳輸性能以及優(yōu)化對(duì)氫的吸附能，因此鈷/碳納米管/釕復(fù)合材料在全pH的電解液中展現(xiàn)了優(yōu)異的水分解析氫反應(yīng)催化活性，并具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。本發(fā)明所得復(fù)合材料不僅導(dǎo)電性強(qiáng)，活性位點(diǎn)多，電催化活性在酸性、堿性和中性電解液均優(yōu)于鉑碳催化劑，而且制備所用原料成本低，工藝簡單，反應(yīng)能耗低，是一種高效經(jīng)濟(jì)的新型析氫反應(yīng)電催化劑制備方法。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：

(1)鈷/碳納米管/釕中極少量的釕納米簇高度分散在包覆有鈷的碳納米管表面，不僅大幅度地增加了催化活性位點(diǎn)的數(shù)量，有效地提高了原子利用率，同時(shí)還增強(qiáng)了催化劑在極端pH中的抗腐蝕性能，使其具有出色的全pH范圍內(nèi)的析氫性能；

(2)鈷/碳納米管/釕是由碳納米管組成的多孔三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不僅有利于暴露更多的催化活性中心，同時(shí)有利于電子轉(zhuǎn)移，表現(xiàn)出高的電導(dǎo)率，加快了在析氫反應(yīng)過程中電子與質(zhì)子的傳輸；

(3)鈷/碳納米管/釕中釕納米簇與氮摻雜的碳納米管和鈷納米粒子三者之間具有超強(qiáng)的耦合作用，其活躍的界面促進(jìn)電子結(jié)構(gòu)重排，將金屬表面更多的電子轉(zhuǎn)移到碳層，從而優(yōu)化了對(duì)氫的吸附能，提升了析氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；

(4)制備原料只涉及到鈷鹽、極少量的三水合氯化釕、二甲基咪唑和無水乙醇等常用的試劑，成本低，產(chǎn)物純度高，制備工藝簡單，重復(fù)性好，易于進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的鈷/碳納米管/釕的掃描電鏡圖(SEM)，其中，(a)為低倍掃描電鏡圖，(b)為高倍掃描電鏡圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的鈷/碳納米管/釕的透射電鏡圖(TEM)，其中，(a)為低倍透射電鏡圖，(b)為高分辨透射電鏡圖，(c)為局部放大圖，NPs表示納米顆粒；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的鈷/碳納米管/釕的X射線光電子能譜分析圖(XPS)；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的鈷/碳納米管/釕，以5mV/s的掃描速率在1.0mol/L的氫氧化鉀溶液中的線性掃描伏安曲線圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的鈷/碳納米管/釕，以5mV/s的掃描速率在0.5mol/L的硫酸溶液中的線性掃描伏安曲線圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的鈷/碳納米管/釕，以5mV/s的掃描速率在1.0mol/L的磷酸緩沖鹽溶液中的線性掃描伏安曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例1：

鈷/碳納米管/釕電催化劑的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)將150mg的溶菌酶溶解到90mL水溶液中形成澄清的溶液，然后將溶有364.771mg的15mL六水合氯化鈷水溶液滴加到上述溶菌酶的溶液中，混合均勻，之后將45mL溶有9.852g二甲基咪唑的水溶液加入上述溶液中，攪拌均勻后，室溫靜置24h，通過離心、冷凍干燥收集產(chǎn)物，得到二甲基咪唑鈷鹽/溶菌酶；

(2)將上述得到的二甲基咪唑鈷鹽/溶菌酶在氮?dú)庵屑訜嶂?50℃并保溫3h，隨后再加熱至900℃并保溫3h，進(jìn)而得到鈷/碳納米管；

(3)將上述得到的鈷/碳納米管稱取50mg分散于30mL的無水乙醇中密封，將其加熱至60℃，用350rpm的轉(zhuǎn)速攪拌30min后，加入5mg的三水合氯化釕，保持60℃劇烈攪拌過夜，隨后離心干燥，將其在氮?dú)庵屑訜嶂?00℃，保溫3h后得到鈷/碳納米管/釕。

為了證明本實(shí)施例制備的鈷/碳納米管/釕電催化劑的負(fù)載效果，拍攝本實(shí)施例所制備的鈷/碳納米管/釕的掃描電鏡圖、透射電鏡圖和X射線光電子能譜分析圖，結(jié)果如圖1、圖2和圖3所示。鈷/碳納米管/釕中極少量的釕納米簇高度分散在包覆有鈷的碳納米管表面，大幅度地增加了催化活性位點(diǎn)的數(shù)量，有效地提高了原子利用率；鈷/碳納米管/釕是由碳納米管組成的多孔三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不僅有利于暴露更多的催化活性中心，同時(shí)有利于電子轉(zhuǎn)移，表現(xiàn)出高的電導(dǎo)率，加快了在析氫反應(yīng)過程中電子與質(zhì)子的傳輸。

本實(shí)施例制備的鈷/碳納米管/釕電催化劑應(yīng)用在電解液中催化析氫反應(yīng)，包括以下步驟：將制備的鈷/碳納米管/釕分散在含有全氟磺酸基聚合物的乙醇溶液中，然后負(fù)載到玻碳電極上作為工作電極，以甘汞電極作為參比電極，碳棒作為對(duì)電極，施加適當(dāng)?shù)碾妷?，在氬氣飽和?.0mol/L氫氧化鉀溶液、0.5mol/L的硫酸溶液以及1.0mol/L的磷酸緩沖鹽溶液中催化析氫。

為了證明本實(shí)施例制備的鈷/碳納米管/釕電催化劑的催化效果，描繪本實(shí)施例所制備的鈷/碳納米管/釕，以5mV/s的掃描速率在1.0mol/L的氫氧化鉀溶液、0.5mol/L的硫酸溶液和1.0mol/L的磷酸緩沖鹽溶液中的線性掃描伏安曲線，結(jié)果如圖4、圖5和圖6所示。鈷/碳納米管/釕中釕納米簇與氮摻雜的碳納米管和鈷納米粒子三者之間具有超強(qiáng)的耦合作用，其活躍的界面促進(jìn)電子結(jié)構(gòu)重排，將金屬表面更多的電子轉(zhuǎn)移到碳層，從而優(yōu)化了對(duì)氫的吸附能，提升了析氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；鈷/碳納米管/釕中極少量的釕納米簇增強(qiáng)了催化劑在極端pH中的抗腐蝕性能，使其具有出色的全pH范圍內(nèi)的析氫性能。

實(shí)施例2：

鈷/碳納米管/釕電催化劑的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)將150mg的溶菌酶溶解到90mL水溶液中形成澄清的溶液，然后將溶有199.082mg的15mL氯化鈷水溶液滴加到上述溶菌酶的溶液中，混合均勻，之后將45mL溶有9.852g二甲基咪唑的水溶液加入上述溶液中，攪拌均勻后，室溫靜置24h，通過離心、冷凍干燥收集產(chǎn)物，得到二甲基咪唑鈷鹽/溶菌酶；

(2)將上述得到的二甲基咪唑鈷鹽/溶菌酶在氮?dú)庵屑訜嶂?50℃并保溫3h，隨后再加熱至900℃并保溫3h，進(jìn)而得到鈷/碳納米管；

(3)將上述得到的鈷/碳納米管稱取50mg分散于30mL的無水乙醇中密封，將其加熱至60℃，用350rpm的轉(zhuǎn)速攪拌30min后，加入5mg的三水合氯化釕，保持60℃劇烈攪拌過夜，隨后離心干燥，將其在氮?dú)庵屑訜嶂?00℃，保溫3h后得到鈷/碳納米管/釕。

本實(shí)施例制備的鈷/碳納米管/釕電催化劑應(yīng)用在電解液中催化析氫反應(yīng)，包括以下步驟：將制備的鈷/碳納米管/釕分散在含有全氟磺酸基聚合物的乙醇溶液中，然后負(fù)載到玻碳電極上作為工作電極，以甘汞電極作為參比電極，碳棒作為對(duì)電極，施加適當(dāng)?shù)碾妷海跉鍤怙柡偷?.0mol/L氫氧化鉀溶液、0.5mol/L的硫酸溶液以及1.0mol/L的磷酸緩沖鹽溶液中催化析氫。

實(shí)施例3：

鈷/碳納米管/釕電催化劑的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)將300mg的溶菌酶溶解到180mL水溶液中形成澄清的溶液，然后將溶有892.47mg的30mL六水合硝酸鈷水溶液滴加到上述溶菌酶的溶液中，混合均勻，之后將90mL溶有19.704g二甲基咪唑的水溶液加入上述溶液中，攪拌均勻后，室溫靜置24h，通過離心、冷凍干燥收集產(chǎn)物，得到二甲基咪唑鈷鹽/溶菌酶；

(2)將上述得到的二甲基咪唑鈷鹽/溶菌酶在氮?dú)庵屑訜嶂?50℃并保溫3h，隨后再加熱至900℃并保溫3h，進(jìn)而得到鈷/碳納米管；

(3)將上述得到的鈷/碳納米管稱取100mg分散于60mL的無水乙醇中密封，將其加熱至60℃，用350rpm的轉(zhuǎn)速攪拌30min后，加入10mg的三水合氯化釕，保持60℃劇烈攪拌過夜，隨后離心干燥，將其在氮?dú)庵屑訜嶂?00℃，保溫3h后得到鈷/碳納米管/釕。

本實(shí)施例制備的鈷/碳納米管/釕電催化劑應(yīng)用在電解液中催化析氫反應(yīng)，包括以下步驟：將制備的鈷/碳納米管/釕分散在含有全氟磺酸基聚合物的乙醇溶液中，然后負(fù)載到玻碳電極上作為工作電極，以甘汞電極作為參比電極，碳棒作為對(duì)電極，施加適當(dāng)?shù)碾妷?，在氬氣飽和?.0mol/L氫氧化鉀溶液、0.5mol/L的硫酸溶液以及1.0mol/L的磷酸緩沖鹽溶液中催化析氫。

實(shí)施例4：

鈷/碳納米管/釕電催化劑的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)將100mg的溶菌酶溶解到100mL水溶液中形成澄清的溶液，然后將溶有187.03mg的20mL硝酸鈷水溶液滴加到上述溶菌酶的溶液中，混合均勻，之后將60mL溶有6.568g二甲基咪唑的水溶液加入上述溶液中，攪拌均勻后，室溫靜置20h，通過離心、冷凍干燥收集產(chǎn)物，得到二甲基咪唑鈷鹽/溶菌酶；

(2)將上述得到的二甲基咪唑鈷鹽/溶菌酶在氮?dú)庵屑訜嶂?00℃并保溫2h，隨后再加熱至850℃并保溫2h，進(jìn)而得到鈷/碳納米管；

(3)將上述得到的鈷/碳納米管稱取30mg分散于20mL的無水乙醇中密封，將其加熱至50℃，用300rpm的轉(zhuǎn)速攪拌20min后，加入3mg的三水合氯化釕，保持60℃劇烈攪拌過夜，隨后離心干燥，將其在氮?dú)庵屑訜嶂?50℃，保溫2h后得到鈷/碳納米管/釕。

本實(shí)施例制備的鈷/碳納米管/釕電催化劑應(yīng)用在電解液中催化析氫反應(yīng)，包括以下步驟：將制備的鈷/碳納米管/釕分散在含有全氟磺酸基聚合物的乙醇溶液中，然后負(fù)載到玻碳電極上作為工作電極，以甘汞電極作為參比電極，碳棒作為對(duì)電極，施加適當(dāng)?shù)碾妷?，在氬氣飽和?.4mol/L氫氧化鉀溶液、0.2mol/L的硫酸溶液以及0.4mol/L的磷酸緩沖鹽溶液中催化析氫。

實(shí)施例5：

鈷/碳納米管/釕電催化劑的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)將100mg的溶菌酶溶解到50mL水溶液中形成澄清的溶液，然后將溶有187.03mg的5mL硝酸鈷水溶液滴加到上述溶菌酶的溶液中，混合均勻，之后將20mL溶有6.568g二甲基咪唑的水溶液加入上述溶液中，攪拌均勻后，室溫靜置30h，通過離心、冷凍干燥收集產(chǎn)物，得到二甲基咪唑鈷鹽/溶菌酶；

(2)將上述得到的二甲基咪唑鈷鹽/溶菌酶在氮?dú)庵屑訜嶂?00℃并保溫4h，隨后再加熱至950℃并保溫4h，進(jìn)而得到鈷/碳納米管；

(3)將上述得到的鈷/碳納米管稱取30mg分散于20mL的無水乙醇中密封，將其加熱至70℃，用400rpm的轉(zhuǎn)速攪拌40min后，加入3mg的三水合氯化釕，保持60℃劇烈攪拌過夜，隨后離心干燥，將其在氮?dú)庵屑訜嶂?50℃，保溫4h后得到鈷/碳納米管/釕。

本實(shí)施例制備的鈷/碳納米管/釕電催化劑應(yīng)用在電解液中催化析氫反應(yīng)，包括以下步驟：將制備的鈷/碳納米管/釕分散在含有全氟磺酸基聚合物的乙醇溶液中，然后負(fù)載到玻碳電極上作為工作電極，以甘汞電極作為參比電極，碳棒作為對(duì)電極，施加適當(dāng)?shù)碾妷?，在氬氣飽和?.0mol/L氫氧化鉀溶液、1.0mol/L的硫酸溶液以及2.0mol/L的磷酸緩沖鹽溶液中催化析氫。

本發(fā)明利用溶菌酶作為基體，在其表面生長二甲基咪唑鈷鹽ZIF-67，得到ZIF-67@Lys前驅(qū)體。然后在惰性氣氛保護(hù)下，ZIF-67@Lys被高溫碳化，鈷離子被還原為鈷顆粒并誘導(dǎo)碳納米管生長，從而原位制備鈷/碳納米管/釕納米簇復(fù)合材料電催化劑Co@CNT|Ru。該復(fù)合材料不僅有利于暴露更多的催化活性中心，同時(shí)結(jié)合其獨(dú)特的電子耦合效應(yīng)，使得Co@CNT|Ru催化劑在HER過程中加快了電子與質(zhì)子的傳輸能力。Co@CNT|Ru電催化劑在1.0MKOH、0.5M H 2SO 4、1M PBS電解液中均展現(xiàn)出了優(yōu)異的HER催化活性，其達(dá)到10mA cm -2的電流密度所需的過電位分別僅為10mV、32mV、63mV，均優(yōu)于貴金屬鉑碳催化劑。

上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

鈷/碳納米管/釕電催化劑及其制備方法和應(yīng)用.pdf